Schwarze Soldatenfliegen – Umweltbewusste Insekten

Management von Bioabfällen

Durch Urbanisierung und rasante wirtschaftliche Entwicklungen nimmt die Abfallproduktion exponentiell zu und wird bis 2050 voraussichtlich 3.4 Milliarden Tonnen pro Jahr erreichen. In Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen sind etwa 60% dieses Abfalls Bioabfall. Dieser sich anhäufende Bioabfall trägt erheblich zur Umweltverschmutzung und zu Treibhausgasemissionen weltweit bei sowie zum raschen Verbrauch natürlicher Ressourcen. Der Grossteil des produzierten Bioabfalls stammt aus der Landwirtschaft und Haushaltsabfällen.

In Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen wird der meiste Bioabfall entweder verbrannt oder offen deponiert/vergraben – beides sind keine umweltfreundlichen Lösungen und haben gesundheitliche Folgen für die lokalen Gemeinschaften. Wussten Sie, dass einige Insektenarten uns bei dieser Umweltaufgabe helfen können? Ein solches Insekt, das in den letzten Jahrzehnten zunehmend Aufmerksamkeit erlangt hat, ist die Schwarze Soldatenfliege, insbesondere ihre Larven.

Die Larven der Schwarzen Soldatenfliege (black soldier fly larvae, BSFL) (Hermetia illucens L.) werden zunehmend eingesetzt, um die Herausforderungen des Bioabfallmanagements zu bewältigen. Diese Insekten gedeihen auf einer Vielzahl von Bioabfällen, darunter Lebensmittelreste, tierische und menschliche Abfälle sowie Nebenprodukte aus Brauereien. Sobald sie vollständig gewachsen sind, können die nährstoffreichen Larven geerntet und als eiweiss- und fettreiches Futter für Geflügel, Schweine und Fische verwendet werden. Während Hühner von dieser nachhaltigen Nahrungsquelle profitieren, zersetzen BSFL gleichzeitig grosse Mengen an Abfall, der sonst zur Umweltverschmutzung beitragen würde. Weitere Vorteile von BSFL sind ihr geringer Wasserverbrauch, minimale Treibhausgasemissionen und der begrenzte Flächenbedarf für ihr Wachstum. Neben dem Recycling von Nährstoffen zur Protein- und Fettproduktion auf umweltfreundlichere Weise produzieren BSFL auch ein kompostähnliches Rückstandsmaterial, das das Pflanzenwachstum unterstützt und die Bodenqualität verbessert (lesen Sie mehr in diesem Artikel).

Schwarze Soldatenfliegen schlüpfen aus ihren Eiern und durchlaufen sechs Larvenstadien, wobei sie etwa 2–3 Wochen benötigen, um das Präpuppenstadium zu erreichen, und eine weitere Woche, um das Puppenstadium zu erreichen. Im Puppenstadium bewegen sie sich nicht mehr, und setzen ihre Entwicklung fort, bis sie schliesslich ins Erwachsenenstadium übergehen und als Fliegen schlüpfen. Dieses letzte Stadium ist viel kürzer als die anderen, wobei der Hauptzweck darin besteht, sich zu paaren und sich fortzupflanzen. Nach der Paarung legt die weibliche Fliege 500–900 Eier in trockene Ritzen in der Nähe von verfallendem organischem Material, das als Nahrung für die frisch geschlüpften Larven dient. Die Larven schlüpfen innerhalb von vier Tagen, und beginnen, das umliegende Material zu fressen und den Zyklus fortzusetzen.

Es bleiben jedoch zwei wichtige Fragen. Erstens enthält der meiste Bioabfall hohe Mengen an Pflanzenfasern (Cellulose, Hemicellulose und Lignin), die die Umgebung selbst für BSFL ungeeignet machen. Diese Moleküle sind für die Larven schwer abzubauen und beeinträchtigen ihre Leistung erheblich. Zweitens, wie steht es um die Sicherheit des Endprodukts? Die Insektenzucht in grossem Massstab könnte zur Ausbreitung von Krankheitserregern innerhalb der Population führen. Um dem entgegenzuwirken, müssen Sicherheitsmassnahmen implementiert werden, und das Endprodukt sollte eine lange Haltbarkeit haben, um Soja- und fischbasiertes Futter effektiv zu ersetzen.

Dr. Daniela Peguero forschte an BSFL im Labor der Gruppe Sustainable Food Processing an der ETH Zürich, Schweiz, in Zusammenarbeit mit Sandec/Eawag. Ihre Doktorarbeit untersuchte die Vorverarbeitung von Bioabfällen und die Nachverarbeitung von Insektenprodukten, um die Umsetzbarkeit und Sicherheit von insektenbasierten Systemen zu verbessern.

Vorverarbeitung

 Um den Energie- und Zeitaufwand für die Biokonversion von lignozellulosehaltigem (zellulose-, hemizellulose- und ligninreichem) Bioabfall zu optimieren, können Vorverarbeitungstechniken eingesetzt werden, um die Eignung des Materials für das Larvenwachstum zu verbessern. In ihrer Dissertation bewertete Daniela drei solcher Methoden:

1. Physikalische (mechanische und thermische) Behandlung

Das Zerkleinern des Bioabfalls in kleinere Fragmente erleichtert den Larven die Aufnahme. Erhitzen kann helfen, mehr nützliche Nährstoffe freizusetzen, wobei zu viel Hitze nützliche Mikroben abtöten kann.

Die Studie ergab, dass das Mahlen von Brauerei-Treber und Grasschnitt effektiver war als die Hitzebehandlung. Larven, die mit gemahlenem Abfall gefüttert wurden, wuchsen um 13–32 % mehr als diejenigen, die unbehandelten Abfall erhielten. Dies zeigt, dass mechanische Behandlung das Larvenwachstum fördert.

2. Chemische (alkalische) Behandlung

Das Einweichen des Abfalls in Ammoniak über drei Tage hilft, die Fasern aufzubrechen und die Nährstoffe leichter verfügbar zu machen.

Obwohl die Fasern effektiv abgebaut wurden, schien das Ammoniak den Larven zu schaden. Die Ammoniak-Vorbehandlung wurde an Kuhdung, Grasschnitt und Brauerei-Treber getestet. Bei allen getesteten Abfallarten wurde das Larvenwachstum negativ beeinflusst, was darauf hindeutet, dass Ammoniak toxisch sein könnte. Das bedeutet, dass andere Arten von Chemikalien getestet werden müssen, um eine bessere Alternative zu finden – eine, die Fasern effektiv abbaut und gleichzeitig das Larvenwachstum unterstützt.

3. Biologische (bakterielle und fungale) Behandlung

Diese Methode nutzt Pilze oder Bakterien, um Pflanzenfasern über einen längeren Zeitraum abzubauen, aber der Prozess ist langsam und schwer zu kontrollieren.

Die Fermentation von Nebenprodukten aus der Agrar- und Lebensmittelverarbeitung für bis zu eine Woche mit einer Starterkultur kann das Larvenwachstum ebenfalls verbessern. Fungale Vorbehandlungen sollten weiter erforscht werden, um herauszufinden, ob sie den Abbau von faserreichen Abfällen wie Obstresten verbessern können.

Die beste Behandlung hängt von der Art des Abfalls, der verfügbaren Zeit und dem Ziel des Prozesses ab. In Danielas Studie erwies sich das mechanische Mahlen als die effektivste Methode zur Förderung des Larvenwachstums.

Niedrigenergetische Elektronenstrahlbehandlung (LEEB) und Lebensmittelsicherheit

BSFL werden als alternative Proteinquelle für Geflügel, Schweine, Fische oder sogar Menschen in Betracht gezogen, da sie einen hohen Nährwert und eine geringere Umweltbelastung aufweisen. Allerdings können sie schädliche Mikroben tragen, die bei unzureichender Verarbeitung lebensmittelbedingte Krankheiten verursachen können. Herkömmliche Methoden wie Kochen und Trocknen können Mikroben reduzieren, eliminieren aber nicht immer resistente Bakterien und beeinträchtigen möglicherweise die Nährstoffqualität. Eine neuere Methode, die niedrigenergetische Elektronenstrahlbehandlung (Low-Energy Electron Beam, LEEB), wurde untersucht, um Bakterien abzutöten, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen. LEEB nutzt einen kontrollierten Elektronenstrahl, um Bakterien abzutöten – ganz ohne Hitze oder Chemikalien. Diese Studie untersuchte, ob LEEB Insektenprodukte sicherer machen und ihre Haltbarkeit für die industrielle Nutzung verlängern kann.

Die LEEB-Behandlung trug zur Reduktion schädlicher Mikroben bei BSF bei und könnte potenziell die Haltbarkeit verlängern. Obwohl es zu einem leichten Anstieg des Fettabbaus (Lipidoxidation) kam, blieben die Werte niedrig und akzeptabel für den Einsatz in Tierfutter. Dies deutet darauf hin, dass LEEB ein nützlicher zusätzlicher Schritt nach sanfter Erhitzung sein könnte, um die Sicherheit zu erhöhen, ohne das Produkt zu schädigen. Weitere Forschung ist nötig, insbesondere bei Insekten mit höherer Mikrobenlast und zur langfristigen Frische von mikrowellengetrockneten Insekten.

Abschliessende Bemerkungen

Es gibt viele verschiedene Vorbehandlungen, die erforscht werden können, um die BSFL-Zucht zu verbessern. Danielas Studie konzentrierte sich auf drei häufige Abfallarten: Kuhdung, Brauerei-Treber und Grasschnitt – doch BSFL können mit vielen anderen Materialien gefüttert werden. Zukünftige Forschung sollte neue Vorbehandlungen weiter testen, darunter die Nutzung von Pilzen zum Abbau von Abfällen, und mit einer grösseren Vielfalt an Abfallarten experimentieren, um besser zu verstehen, was am besten funktioniert.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die mikrobiologische Sicherheit. Obwohl LEEB bei der Reduktion schädlicher Mikroben effektiv war, ist diese Technologie möglicherweise nicht überall verfügbar oder erschwinglich. Deshalb ist es wichtig, kostengünstigere Alternativen zu erforschen, die dennoch zur Sicherheit des Prozesses beitragen können. Einige Vorbehandlungsmethoden wie Fermentation werden bereits verwendet, um harte Pflanzenfasern abzubauen – sie könnten aber auch helfen, schädliche Bakterien und Krankheitserreger im Abfall zu reduzieren, bevor dieser an die Larven verfüttert wird. Zukünftige Studien sollten untersuchen, ob diese Methoden auch die mikrobiologische Sicherheit der Larven selbst verbessern können. Das ist besonders wichtig in Ländern, in denen lebende Larven direkt an Tiere wie Geflügel, Schweine oder Fische verfüttert werden, ohne vorher gekocht oder getrocknet zu werden.

Insgesamt können wir durch das Testen neuer Vorbehandlungen und die Verbesserung der Sicherheit die BSFL-Zucht zuverlässiger, effizienter und besser geeignet für die grossflächige Futtermittelproduktion machen.